DE69014276T2 - Image detector with a large storage capacity per pixel. - Google Patents

Image detector with a large storage capacity per pixel.

Info

Publication number
DE69014276T2
DE69014276T2 DE69014276T DE69014276T DE69014276T2 DE 69014276 T2 DE69014276 T2 DE 69014276T2 DE 69014276 T DE69014276 T DE 69014276T DE 69014276 T DE69014276 T DE 69014276T DE 69014276 T2 DE69014276 T2 DE 69014276T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pixel
transfer
charges
photosensitive
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69014276T
Other languages
German (de)
Other versions
DE69014276D1 (en
Inventor
Gilles Boucharlat
Yvon Cazaux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teledyne e2v Semiconductors SAS
Original Assignee
Thomson SCF Semiconducteurs Specifiques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson SCF Semiconducteurs Specifiques filed Critical Thomson SCF Semiconducteurs Specifiques
Application granted granted Critical
Publication of DE69014276D1 publication Critical patent/DE69014276D1/en
Publication of DE69014276T2 publication Critical patent/DE69014276T2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14831Area CCD imagers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft lichtempfindliche Halbleitervorrichtungen mit Ladungsübertragung, die dazu bestimmt sind, Bilddetektoren zu bilden und wenigstens eine Zeile aus Photodetektorpunkten aufweisen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine neue Struktur der Photodetektorpunkte, die eine starke Verbesserung der Speicherkapazität dieser Photodetektorpunkte ermöglicht.The present invention relates to charge transfer photosensitive semiconductor devices intended to form image detectors and comprising at least one row of photodetector points. The invention relates in particular to a new structure of the photodetector points which enables a significant improvement in the storage capacity of these photodetector points.

Fig. 1 zeigt schematisch die herkömmliche Architektur einer Vorrichtung mit Ladungsübertragung (englisch "Charge-Coupled Device" oder, abgekürzt, CCD), die zur Bildung eines Oberflächenbilddetektors organisiert ist. Der Bilddetektor weist eine lichtempfindliche Oberfläche SP auf, die in eine Vielzahl von Bildelementpunkte oder Pixel P1 bis P16 unterteilt ist, die jeweils einen Elementdetektor oder eine lichtempfindliche Elementzone D1 bis D16 aufweisen. Die Eleinentdetektoren sind in Zeilen und Spalten angeordnet, und bei dem nicht einschränkenden Beispiel von Fig. 1 wurden auch zur Vereinfachung nur vier Zeilen L1 bis L4 und C1 bis C4 aus Elementdetektoren dargestellt; allerdings kann der Bilddetektor selbstverständlich eine höhere oder auch eine niedrigere Zahl von Zeilen und Spalten aufweisen.Fig. 1 schematically shows the conventional architecture of a charge-coupled device (CCD) organized to form a surface image detector. The image detector comprises a photosensitive surface SP divided into a plurality of picture element points or pixels P1 to P16, each of which comprises an element detector or photosensitive element zone D1 to D16. The element detectors are arranged in rows and columns and in the non-limiting example of Fig. 1, only four rows L1 to L4 and C1 to C4 of element detectors have been shown for simplicity; however, the image detector may of course comprise a higher or lower number of rows and columns.

Nach einer herkömmlichen Anordnung ist die lichtempfindliche Oberfläche SP in Richtung der Spalten C1 bis C4 durch einen Speicher M mit Ladungsübertragung verlängert, der vier zusätzliche Leitungen L'1 bis L'4 bildet. Auf den Speicher M seinerseits folgt auf herkömmliche Weise ein Leseregister RL mit Ladungsübertragung. Der Speicher M ist auf herkömmliche Weise über Analoggatter Pa1 bis Pa4 mit dem Leseregister verbunden. Der Speicher M ist auf die gleiche Weise wie die empfindliche Oberfläche SP gebildet, d.h. er ist ebenfalls lichtempfindlich, und um zu vermeiden, daß er unter der Wirkung einer Beleuchtung, der die lichtempfindliche Oberfläche SP ausgesetzt werden kann, Ladungen erzeugt, ist die gesamte, dem Speicher M entsprechende Zone (aber auch die Zone, die den Analoggattern und dem Leseregister entspricht) auf herkömmliche Weise durch einen (nicht dargestellten) Schirm (z.B. aus Aluminium) abgeschirmt, der gegenüber der Nutzstrahlung undurchlässig ist, der die lichtempfindliche Oberfläche SP ausgesetzt ist.According to a conventional arrangement, the photosensitive surface SP is extended in the direction of the columns C1 to C4 by a charge transfer memory M which forms four additional lines L'1 to L'4. The memory M is in turn followed in a conventional manner by a charge transfer read register RL. The memory M is in a conventional manner connected to the reading register via analog gates Pa1 to Pa4. The memory M is formed in the same way as the sensitive surface SP, ie it is also photosensitive, and in order to prevent it from generating charges under the effect of lighting to which the photosensitive surface SP may be exposed, the entire zone corresponding to the memory M (but also the zone corresponding to the analog gates and the reading register) is shielded in a conventional manner by a screen (not shown) (eg made of aluminium) which is opaque to the useful radiation to which the photosensitive surface SP is exposed.

Die Betriebsweise einer solchen Vorrichtung ist wohlbekannt: - Wird die lichtempfindliche Oberfläche SP während einer Integrationszeit TI genannten Zeit einer Nutzstrahlung (insbesondere Licht) ausgesetzt, dann werden auf Höhe jedes Pixels Ladungen erzeugt und gespeichert. Am Ende der Integrationszeit TI werden für jedes Pixel die in diesem Punkt gespeicherten Ladungen in ein Speicherfach M1 - M16 übertragen, wobei jedes Speicherfach einem gegebenen Pixel P1 bis P16 entspricht.The operation of such a device is well known: - If the photosensitive surface SP is exposed to useful radiation (in particular light) for a time called the integration time TI, then charges are generated and stored at the level of each pixel. At the end of the integration time TI, for each pixel, the charges stored at that point are transferred to a storage compartment M1 - M16, each storage compartment corresponding to a given pixel P1 to P16.

Diese Übertragung wird in Richtung der Spalten C1 bei C4 durchgeführt: nehmen wir das Beispiel der ersten Spalte C1, dann werden die im dreizehnten Pixel P13 enthaltenen Ladungen im Durchlauf nacheinander durch das erste, fünfte und neunte Speicherfach zum dreizehnten Speicherfach M13 übertragen, während die anfänglich in dem ersten, fünften und neunten Pixel P1, P5, P9 enthaltenen Ladungen auf ähnliche Weise zum ersten bzw. fünften und neunten Speicherfach M1, M5 und M9 übertragen werden. Gleichzeitig werden auf Höhe der Spalten C2, C3, C4 ähnliche Operationen durchgeführt. Dies geschieht auf herkömmliche Weise durch Anlegen von Übertragungssignalen ST1, ST2, ST3 an die Eleinentpunkte P1 bis P16 sowie die Speicherzonen M1 bis M16. Diese Übertragungssignale weisen unterschiedliche Phasen auf, so daß Potentialbarrieren und -töpfe erzeugt werden, die die Übertragung der Ladungen nach den Spalten C1 bis C4 erlauben, d.h. nach einer Übertragungsrichtung ST, die die Ladungen von der lichtempfindlichen Oberfläche SP bis in ein Fach CS1 bis CS4 des Leseregisters RL führen muß. Der Übertragungsmodus kann in zwei, drei, vier oder mehr Phasen ablaufen; bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel wird diese Übertragung im Dreiphasenmodus durchgeführt, d.h. jeder Detektorpunkt P1 bis P16 weist drei Elektroden E1, E2, E3 auf, die in Richtung der Spalten C1 bis C4 aufeinanderfolgen und an die die Übertragungssignale ST1, ST2, ST3 mit unterschiedlichen Phasen angelegt werden.This transfer is carried out towards the columns C1 at C4: if we take the example of the first column C1, the charges contained in the thirteenth pixel P13 are transferred to the thirteenth memory compartment M13, passing successively through the first, fifth and ninth memory compartments, while the charges initially contained in the first, fifth and ninth pixels P1, P5, P9 are transferred in a similar way to the first and fifth and ninth memory compartments M1, M5 and M9, respectively. At the same time, similar operations are carried out at the level of the columns C2, C3, C4. This is done in a conventional way by applying transfer signals ST1, ST2, ST3 to the element points P1 to P16 and the memory zones M1 to M16. These transfer signals have different phases, so that potential barriers and wells are created that allow the transfer of charges to the columns C1 to C4, ie to a transfer direction ST that carries the charges from the photosensitive surface SP to a compartment CS1 to CS4 of the read register RL. The transfer mode can be in two, three, four or more phases; in the example shown in Fig. 1, this transfer is carried out in three-phase mode, ie each detector point P1 to P16 has three electrodes E1, E2, E3 which follow one another in the direction of the columns C1 to C4 and to which the transfer signals ST1, ST2, ST3 with different phases are applied.

- Sind die Ladungen bis in eine Speicherzone M1 bis M16 übertragen, dann beginnt eine neue Integrationsperiode TI, und neue Ladungen können auf Höhe jedes der Elementpunkte P1 bis P16 erzeugt und gespeichert werden. Während dieser neuen Integrationsperiode TI werden alle in den Speicherzonen M1 bis M16 gespeicherten Ladungen Zeile für Zeile in die Speicherfächer CS1 bis CS4 des Leseregisters RL übertragen: zu diesem Zweck werden die Übertragungssignale ST1, ST2, ST3 synchron mit den Versatzsteuersignalen SC1, SC2, die an das Leseregister RL angelegt werden, nur an die Speicherzonen M1 bis M16 angelegt; unter der Wirkung der Übertragungssignale werden die in der dreizehnten, vierzehnten, fünfzehnten und sechzehnten Speicherzone < wobei diese Speicherzone eine dem Leseregister RL am nächsten liegende Zeile L'4 bilden) gespeicherten Ladungen in die Fächer CS1 bzw. CS2, CS3, CS4 des Leseregisters übertragen, während die in den anderen Speicherzonen enthaltenen Ladungen in Speicherzonen der dem Leseregister RL nächstliegenden Zeile folgenden Zeile übertragen werden. Die Versatzsteuersignale SC1, SC2 werden dann an das Leseregister angelegt, das die in den Fächern CS1 bis CS4 enthaltenen Ladungen an eine Leseschaltung CL überträgt. Ist das Leseregister geleert, dann werden die vorangegangenen Operationen wiederholt, d.h. die in den Speicherzonen der dem Leseregister am nächsten liegenden Zeile enhaltenen Ladungen werden in das Register übertragen; alle Ladungen, die sich bei der vorhergehenden Integrationsperiode TI angesammelt haben, müssen aus den Speicherzonen M1 bis M16 evakuiert sein, wenn die letzte Integrationsperiode TI zu Ende geht.- When the charges have been transferred to a storage zone M1 to M16, a new integration period TI begins and new charges can be generated and stored at the level of each of the element points P1 to P16. During this new integration period TI, all the charges stored in the storage zones M1 to M16 are transferred line by line to the storage compartments CS1 to CS4 of the read register RL: for this purpose, the transfer signals ST1, ST2, ST3 are applied only to the storage zones M1 to M16 in synchronism with the offset control signals SC1, SC2 applied to the read register RL; under the action of the transfer signals, the charges stored in the thirteenth, fourteenth, fifteenth and sixteenth storage zones < these storage zones forming a row L'4 closest to the read register RL) are transferred to the compartments CS1 and CS2, CS3, CS4 of the read register, respectively, while the charges contained in the other storage zones are transferred to storage zones of the row following the read register RL. The offset control signals SC1, SC2 are then applied to the read register, which transfers the charges contained in the compartments CS1 to CS4 to a read circuit CL. Once the read register is emptied, the previous operations are repeated, i.e. the charges contained in the storage zones of the row closest to the read register are transferred to the register; all charges that have accumulated during the previous integration period TI must be evacuated from the storage zones M1 to M16 when the last integration period TI ends.

Die oben zusammengefaßte Struktur und Betriebsweise sind wohlbekannt und weitverbreitet. Allerdings wird allgemein versucht, die Charakteristika zu verfeinern, und bei bestimmten Anwendungen ist man insbesondere bestrebt, die Speicherkapazität für die Ladungen auf Höhe jedes Pixels zu erhöhen sowie den Dunkelstrom pro Pixel für diese CCD-Bilddetektoren maximal zu reduzieren.The structure and operation summarized above are well known and widely used. However, attempts are generally made to refine the characteristics and, in certain applications, efforts are particularly made to increase the charge storage capacity at the level of each pixel and to reduce as much as possible the dark current per pixel for these CCD image detectors.

Es ist bekannt, die CCD-Bilddetektoren zu kühlen, um den Dunkelstrom zur reduzieren. Diese Methode ist aber schwer durchzuführen.It is known to cool the CCD image detectors in order to reduce the dark current. However, this method is difficult to implement.

Eine weitere Methode, die die starke Verringerung des Dunkelstroms der CCD-Bilddetektoren ermöglicht, besteht darin, sie nach der Betriebsart arbeiten zu lassen, die "MPP-Modus" genannt ist (vom englischen Multi-Pinned Phase).Another method that allows a significant reduction in the dark current of the CCD image detectors is to make them work in a mode called "MPP mode" (multi-pinned phase).

Der Betrieb im MPP-Modus gilt insbesondere im Falle der CCD- Vorrichtungen des Typs mit vergrabenem Kanal. Bei dieser Betriebsart wird die Polarität des vergrabenen Kanals an der Grenzfläche Substrat/Isolierschicht, d.h. allgemein an der Grenzfläche Silicium/Siliciumoxid umgekehrt. Bei der Inversion an der Grenzfläche Si/SiO&sub2; findet eine Akkumulierung von Löchern statt, die die thermische Erzeugung von Ladungen in diesem Bereich neutralisiert. Da der Dunkelstrom im wesentlichen ein im Bereich der Grenzfläche erzeugter Strom ist, wird er bei dieser Betriebsart sehr stark vermindert. Eine Erläuterung des Betriebs im MPP-Modus ist in dem Artikel "Charge-Coupled Device Pinning Technologies" von James Janesick, Tom Elliott, George Fraschetti, Stewart Collings zu finden, der in der Zeitschrift SPIE, Vol. 1071, Optical Sensors and Electronic Photography (1989)/153 veröffentlicht ist.Operation in MPP mode is particularly applicable in the case of buried channel type CCD devices. In this mode, the polarity of the buried channel is inverted at the substrate/insulating layer interface, i.e. generally at the silicon/silicon oxide interface. Inversion at the Si/SiO2 interface results in an accumulation of holes which neutralizes the thermal generation of charges in this region. Since the dark current is essentially a current generated in the interface region, it is greatly reduced in this mode. An explanation of operation in MPP mode can be found in the article "Charge-Coupled Device Pinning Technologies" by James Janesick, Tom Elliott, George Fraschetti, Stewart Collings, published in the journal SPIE, Vol. 1071, Optical Sensors and Electronic Photography (1989)/153.

Fig. 2 veranschaulicht beispielhaft eine Struktur mit drei Phasen, d.h. drei Übertragungssignalen mit unterschiedlichen Phasen, und sie veranschaulicht die zum Betrieb im MPP-Modus anzulegenden Potentiale. Fig. 2a ist zusammen mit Fig. 2 zu lesen, sie veranschaulicht Potentialprofile, die Potentialtöpfe bilden, die zum Speichern der während der Integrationsperiode TI erzeugten Ladungen bestimmt sind; wie bei Ladungsübertragungsvorrichtungen üblich, steigen die positiven Potentiale nach unten an.Fig. 2 illustrates an example of a structure with three phases, ie three transmission signals with different phases, and it illustrates the potentials to be applied for operation in MPP mode. Fig. 2a is to be read together with Fig. 2, it illustrates potential profiles that form potential wells, intended to store the charges generated during the integration period TI; as is usual for charge transfer devices, the positive potentials increase downwards.

In Fig. 2 sind zwei Pixel P'1, P'2 im Schnitt gezeigt, der bezüglich Fig. 1 beispielsweise einer Schnittansicht in Richtung der Spalten C1 bis C4 entsprechen kann und zwei aufeinanderfolgende Pixel wie die Pixel P1, P5 zeigen würde. In dem Beispiel sind die Pixel P'1, P'2 auf einem beispielsweise p-dotierten Halbleitersubstrat S aus Silicium ausgebildet. Das Substrat S ist mit einer elektrisch isolierenden Schicht EI aus SiO&sub2; überdeckt. Da die beschriebene MPP-Struktur vom Typ mit drei Phasen ist, trägt die elektrisch isolierende Schicht El drei Elektroden EC1, EC2, EC3 pro Pixel; diese drei Elektroden sind dazu bestimmt, (nicht dargestellte) Übertragungssignale mit unterschiedlichen Phasen zu empfangen. Unter der Isolierschicht EI ist eine n-dotierte Schicht auf herkömmliche Weise dazu bestimmt, einen vergrabenen Kanal CE zu bilden, der die Ladungsübertragung fördert.In Fig. 2, two pixels P'1, P'2 are shown in section, which with respect to Fig. 1 may correspond for example to a sectional view in the direction of columns C1 to C4 and would show two consecutive pixels such as pixels P1, P5. In the example, pixels P'1, P'2 are formed on a semiconductor substrate S made of silicon, for example p-doped. Substrate S is covered with an electrically insulating layer EI made of SiO₂. Since the MPP structure described is of the three-phase type, electrically insulating layer El carries three electrodes EC1, EC2, EC3 per pixel; these three electrodes are intended to receive transmission signals (not shown) with different phases. Under the insulating layer EI, an n-doped layer is intended in a conventional manner to form a buried channel CE which promotes charge transfer.

Im MPP-Modus sind während der oben erwähnten Integrationsperiode TI alle Elektroden eines Pixels auf ein negatives Potential -VTI (allgemein in der Größenordnung von -10 Volt) zum Substrat gebracht. Da während der Integrationsperiode TI alle Elektroden EC1 bis EC3 auf dem gleichen negativen Potential liegen, wurden in den vergrabenen Kanal CE Dotierungsunterschiede derart eingebracht, daß zwei benachbarte Pixel in dem Substrat S durch eine Potentialbarriere BP1, BP2, BP3 getrennt sind, womit ein Speicherpotentialtopf PP1, PP2 für die Ladungen für jedes Pixel gebildet ist. Die Höhe HB stellt die Differenz zwischen den Potentialtöpfen und den Potentialbarrieren dar und symbolisiert die Menge der Ladungen, die pro Potentialtopf, d.h. pro Pixel gespeichert werden kann.In MPP mode, during the integration period TI mentioned above, all the electrodes of a pixel are brought to a negative potential -VTI (generally in the order of -10 volts) to the substrate. Since during the integration period TI all the electrodes EC1 to EC3 are at the same negative potential, doping differences have been introduced into the buried channel CE in such a way that two adjacent pixels in the substrate S are separated by a potential barrier BP1, BP2, BP3, thus forming a storage potential well PP1, PP2 for the charges for each pixel. The height HB represents the difference between the potential wells and the potential barriers and symbolizes the amount of charges that can be stored per potential well, i.e. per pixel.

Wie bereits oben erwähnt, ist der MPP-Betriebsmodus besonders darin interessant, daß er die deutliche Reduzierung des von jedem Pixel erzeugten Dunkelstroms 10 ermöglicht. So liegt der Dunkelstrom im Falle eines herkömmlichen Betriebs, dem sogenannten "Mehrphasenbetrieb" in der Größenordnung von 700.10&supmin;¹² Ampere/cm² bei Umgebungstemperatur, während der Dunkelstrom Io im MPP-Betriebsmodus bei der gleichen Umgebungstemperatur auf 25.10-12 Ampere/cm² übergeht.As already mentioned above, the MPP operating mode is particularly interesting in that it allows a significant reduction of the dark current 10 generated by each pixel. Dark current in case of conventional operation, the so-called "multiphase operation" is of the order of 700.10-12 Amperes/cm2 at ambient temperature, while the dark current Io in MPP operating mode goes up to 25.10-12 Amperes/cm2 at the same ambient temperature.

Der Nachteil des MPP-Modus liegt allerdings darin, daß er die Speicherkapazität für Ladungen des Pixels merklich reduziert und folglich die Verwendungsdynamik des Bilddetektors zu den starken Beleuchtungsniveaus hin reduziert.The disadvantage of the MPP mode, however, is that it significantly reduces the charge storage capacity of the pixel and consequently reduces the usage dynamics of the image detector at high illumination levels.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, für dieses Problem der Verwendungsdynamik der CCD-Bilddetektoren zu den starken Beleuchtungsniveaus hin eine Lösung zu liefern. Sie ist insbesondere (aber nicht ausschließlich) auf CCD-Bilddetektoren anzuwenden, die nach dem oben beschriebenen MPP-Modus arbeiten.The object of the invention is to provide a solution to this problem of the dynamic use of CCD image detectors at high illumination levels. It is particularly applicable (but not exclusively) to CCD image detectors operating in the MPP mode described above.

Es ist zu bemerken, daß die Erfindung im Falle von CCD-Sensoren anzuwenden ist, die einen nicht lichtempfindlichen Raum zwischen den Pixelzeilen oder sogar zwischen ihren Spalten aufweisen (z.B. im Rahmen einer Anwendung des Typs der Spektroradiometrie).It should be noted that the invention is applicable in the case of CCD sensors having a non-photosensitive space between the pixel rows or even between their columns (for example in the context of a spectroradiometry type application).

Nach der Definition von Anspruch 1 betrifft die Erfindung eine lichtempfindliche Vorrichtung mit Ladungsübertragung mit einer Vielzahl von lichtempfindlichen Punkten oder Pixeln, wobei jedes Pixel eine lichtempfindliche Elementzone aufweist, unter der ein Potentialtopf gebildet ist, der zum Speichern von Ladungen bestimmt ist, die dadurch erzeugt werden, daß die lichtempf indliche Elementzone einer Nutzstrahlung ausgesetzt wird, und wobei die Oberfläche des Speicherpotentialtopfes größer als die Oberfläche der lichtempfindlichen Elementzone ist, wobei die beiden Oberflächen in im wesentlichen parallelen Ebenen betrachtet sind. Spezielle Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen definiert.According to the definition of claim 1, the invention relates to a photosensitive device with charge transfer with a plurality of photosensitive points or pixels, each pixel having a photosensitive element zone under which a potential well is formed which is intended for storing charges which are generated by exposing the photosensitive element zone to useful radiation, and the surface of the storage potential well is larger than the surface of the photosensitive element zone, the two surfaces being viewed in substantially parallel planes. Specific embodiments are defined in the subclaims.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden, beispielhaft gegebenen Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen; darin zeigenThe features and advantages of the invention will become more apparent from the following description, given by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which

- die bereits beschriebene Fig. 1 die allgmeine Organisation eines CCD-Detektors bekannten Typs;- Fig. 1, already described, shows the general organization of a CCD detector of known type;

- die bereits beschriebenen Fig. 2 und 2a veranschaulichend den Aufbau und die Betriebsart von lichtempfindlichen Detektoren, die nach dem MPP-Modus arbeiten;- the previously described Fig. 2 and 2a illustrating the structure and operating mode of light-sensitive detectors operating in MPP mode;

- Fig. 3 eine Schnittansicht zur schematischen Verdeutlichung einer Bilddetektorvorrichtung nach der Erfindung;- Fig. 3 is a sectional view for schematically illustrating an image detector device according to the invention;

- Fig. 3a, 3b, 3c Potentialprofile, die mit der Struktur von Fig. 3 in Verbindung stehen;- Fig. 3a, 3b, 3c Potential profiles associated with the structure of Fig. 3;

- Fig. 4 veranschaulichend an die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung anzulegende Signale.- Fig. 4 illustrating signals to be applied to the device shown in Fig. 3.

Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht mehrerer aufeinanderfolgender Bildelementpunkte oder Pixel eines Bilddetektors des Typs mit Ladungsübertragung nach der Erfindung. Diese Pixel PX1, PX2, PX3 sind in Richtung von Spalten wie der in Fig. 1 gezeigten Spalten C1 bis C4 angeordnet, d.h. in der Übertragungsrichtung ST der Ladungen zu einem (nicht dargestellten) Leseregister.Fig. 3 is a schematic sectional view of several successive picture element points or pixels of an image detector of the charge transfer type according to the invention. These pixels PX1, PX2, PX3 are arranged in the direction of columns such as the columns C1 to C4 shown in Fig. 1, i.e. in the transfer direction ST of the charges to a read register (not shown).

Zur Vereinfachung von Fig. 3 und der Beschreibung ist der Bilddetektor oder die lichtempfindliche Vorrichtung 10 nach der Erfindung nur durch die drei Pixel PX1 bis PX3 dargestellt. Die lichtempfindliche Vorrichtung weist ein beispielsweise p-dotiertes Substrat 11 aus Silicium auf. Das Substrat 11 weist in der Nähe seiner Oberfläche eine N-dotierte Schicht 12 auf, die zur Bildung eines vergrabenen Kanals bestimmt ist. Über dem vergrabenen Kanal 12 trägt eine elektrisch isolierende Schicht 13, z.B. aus SiO&sub2;, aufeinanderfolgende Elektroden, die eine Aufeinanderfolge von Übertragungsstufen ET1, ET2 bilden. Bei dem nicht einschränkenden Beispiel der Beschreibung weist jede Stufe ETI1, ET2 vier Elektroden E1, E2, E3, E4 auf, die dazu bestimmt sind, (nicht dargestellte) Übertragungssignale mit unterschiedlichen Phasen zu empfangen, wobei der Modus der Ladungsübertragung in vier Phasen stattfindet.To simplify Fig. 3 and the description, the image detector or photosensitive device 10 according to the invention is represented only by the three pixels PX1 to PX3. The photosensitive device comprises a substrate 11 made of silicon, for example p-doped. The substrate 11 has, near its surface, an N-doped layer 12 intended to form a buried channel. Above the buried channel 12, an electrically insulating layer 13, for example made of SiO₂, carries successive electrodes forming a succession of transmission stages ET1, ET2. In the non-limiting example of the description, each stage ET1, ET2 comprises four electrodes E1, E2, E3, E4 intended to receive transmission signals (not shown) with different phases, whereby the mode of charge transfer takes place in four phases.

Jedes Pixel PX1, PX2, PX3 weist eine lichtempfindliche Elementzone Z1, Z2, Z3 und einen Potentialtopf PI1, PI2, PI3 auf (Fig. 3a), der dazu bestimmt ist, von dem Pixel bei der Integrationsperiode erzeugte Ladungen zu speichern.Each pixel PX1, PX2, PX3 comprises a photosensitive element zone Z1, Z2, Z3 and a potential well PI1, PI2, PI3 (Fig. 3a) designed to store charges generated by the pixel during the integration period.

Nach einem Merkmal der Erfindung weisen die Speicherpotentialtöpfe PI1, PI2, PI3 eine größere Oberfläche als die Oberfläche der lichtempfindlichen Elementzonen Z1, Z2, Z3 auf, woraus sich gegenüber dem Stand der Technik eine Erhöhung der Speicherkapazität für Ladungen auf Höhe jedes Pixels ergibt.According to a feature of the invention, the storage potential wells PI1, PI2, PI3 have a larger surface than the surface of the light-sensitive element zones Z1, Z2, Z3, which results in an increase in the storage capacity for charges at the level of each pixel compared to the prior art.

Zu diesem Zweck weist bei dem nicht einschränkenden Beispiel der Beschreibung jedes Pixel zwei aufeinanderfolgende Übertragungsstufen auf, die einen einzigen Potentialtopf bilden können, während die Oberfläche der lichtempfindlichen Elementzone des gleichen Pixels bei diesem Beispiel eine Oberfläche aufweist, die auf dienige einer einzigen Elektrode begrenzt ist, nämlich die Elektrode E2 der Stufe ET2 bei dem beschriebenen, nicht einschränkenden Beispiel.To this end, in the non-limiting example of the description, each pixel has two successive transfer stages capable of forming a single potential well, while the surface of the photosensitive element zone of the same pixel has, in this example, a surface limited to that of a single electrode, namely the electrode E2 of the stage ET2 in the non-limiting example described.

Selbstverständlich könnte jedes Pixel PX bis PX3 mehr als zwei Stufen ET1, ET2 aufweisen; wichtig ist, daß die Oberfläche des Speicherpotentialtopfes PI1, P12, PI3 eines Pixels größer als die Oberfläche der lichtempfindlichen Elementzone Z1 bis Z3 des gleichen Pixels ist, wobei diese beiden Oberflächen selbstverständlich in zwei im wesentlichen parallelen Ebenen betrachtet sind. Bei zwei oder mehreren Übertragungsstufen für ein Pixel kann das Ergebnis der Erfindung ferner auch mit einem Betrieb in einem Modus mit zwei, drei, fünf oder mehr Phasen erhalten werden.Of course, each pixel PX to PX3 could have more than two stages ET1, ET2; it is important that the surface of the storage potential well PI1, P12, PI3 of a pixel is larger than the surface of the photosensitive element zone Z1 to Z3 of the same pixel, these two surfaces being of course considered in two substantially parallel planes. With two or more transfer stages for a pixel, the result of the invention can also be obtained with operation in a mode with two, three, five or more phases.

Bei dem beschriebenen, nicht einschränkenden Beispiel, bei dem alle Elektroden E1 bis E4 für die (durch Pfeile RU dargestellte) Nutzstrahlung derart transparent sind, daß ihre gesamte Oberfläche lichtempfindlich ist, wurde ein gegenüber der Nutzstrahlung undurchlässiger Schirm 20 zwischen diese und die Gesamtheit der Elektroden mit Ausnahme einer Elektrode pro Pixel gesetzt, die die lichtempfindliche Elementzone des Pixels darstellt, nämlich der Elektrode E2 bei dem beschriebenen, nicht einschränkenden Beispiel. Der Schirm weist zu diesem Zweck Öffnungen 21 auf, deren Abmessungen weit unter den Abmessungen der Potentialtöpfe PI1 bis PI3 liegen und deren Oberfläche die Oberfläche der lichtempfindlichen Zonen bestimmt.In the described non-limiting example, in which all electrodes E1 to E4 are transparent to the useful radiation (shown by arrows RU) in such a way that their entire surface is photosensitive, a an opaque screen 20 is placed between them and all the electrodes, with the exception of one electrode per pixel, which represents the photosensitive element zone of the pixel, namely the electrode E2 in the non-limiting example described. For this purpose, the screen has openings 21 whose dimensions are well below the dimensions of the potential wells PI1 to PI3 and whose surface determines the surface of the photosensitive zones.

Im folgenden werden als nicht einschränkendes Beispiel Größenordnungen der Abmessungen von lichtempfindlichen Elementzonen Z1 bis Z3 sowie der Speicherpotentialtöpfe PI1 bis PI3 angegeben: nimmt man an, daß diese Töpfe und Zonen beispielsweise in Richtung der Pixelzeilen, d.h. in einer zur Ebene der Figur senkrechten Richtung, die gleiche Abmessung aufweisen, dann können die lichtempfindlichen Zonen Z1 bis Z3 in einer Richtung parallel zu der Ebene der Figur eine Abmessung d1 in der Größenordnung von 20 Mikrometern aufweisen, und die Potentialtöpfe PI1 bis PI3 können eine Abmessung d2 in der Größenordnung von 150 Mikrometern aufweisen.The following are given, by way of non-limiting example, orders of magnitude of the dimensions of photosensitive element zones Z1 to Z3 and of the storage potential wells PI1 to PI3: if it is assumed that these wells and zones have the same dimension, for example in the direction of the pixel rows, i.e. in a direction perpendicular to the plane of the figure, then the photosensitive zones Z1 to Z3 can have a dimension d1 of the order of 20 micrometers in a direction parallel to the plane of the figure, and the potential wells PI1 to PI3 can have a dimension d2 of the order of 150 micrometers.

Im Falle eines Betriebs im MPP-Modus, bei dem alle Elektroden E1 bis E4 aller Stufen ET1, ET2 während der Integrationsperiode TI bezüglich des Substrats 11 auf ein negatives Potential gebracht sind, werden die Potentialtöpfe PI1 bis PI3 zwischen Potentialbarrieren BP1, BP2, BP3, BP4 (vgl. Fig. 2a) gebildet, die durch lokalisierte Dotierungsunterschiede des Halbleitermaterials in dem vergrabenen Kanal 12 erhalten sind, nämlich durch N&supmin;-dotierte Zonen 14; diese Zonen 14 weisen also den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der vergrabene Kanal 12 auf, der N-dotiert ist, aber sie sind weniger stark als dieser dotiert.In the case of operation in MPP mode, in which all the electrodes E1 to E4 of all the stages ET1, ET2 are brought to a negative potential with respect to the substrate 11 during the integration period TI, the potential wells PI1 to PI3 are formed between potential barriers BP1, BP2, BP3, BP4 (see Fig. 2a) obtained by localized doping differences of the semiconductor material in the buried channel 12, namely by N-doped zones 14; these zones 14 therefore have the same conductivity type as the buried channel 12, which is N-doped, but they are less heavily doped than the latter.

Nach einer Charakteristik der Erfindung sind die Zonen 14 nicht zwingend wie beim Stand der Technik im Verhältnis von einer zu einer Übertragungsstufe ET1, ET2 realisiert, da ein und dasselbe Pixel mehrere aufeinanderfolgende Stufen aufweisen kann; folglich sind die Zonen 14, die für den Betrieb im MPP-Modus spezifische Dosen bilden, nur unter den beiden Elektroden realisiert, die das Pixel abgrenzen.According to a characteristic of the invention, the zones 14 are not necessarily implemented in the ratio of one to one transmission stage ET1, ET2 as in the prior art, since one and the same pixel can have several consecutive stages; consequently, the zones 14 required for operation in MPP mode specific doses are only realized under the two electrodes that delimit the pixel.

Fig. 3a veranschaulicht Potentialprofile, die in der Struktur von Fig. 3 während der Ladungsintegrationsperiode TI erstellt wurden; wie bei Vorrichtungen mit Ladungsübertragung üblich, steigen die positiven Potentiale nach unten an. Fig. 3a und 3b veranschaulichen Potentialprofile, die in der Struktur von Fig. 3 in einer Ladungsübertragungsphase erstellt wurden.Fig. 3a illustrates potential profiles created in the structure of Fig. 3 during the charge integration period TI; as is common in charge transfer devices, the positive potentials increase downward. Figs. 3a and 3b illustrate potential profiles created in the structure of Fig. 3 in a charge transfer phase.

Die in Fig. 3a dargestellten Speicherpotentialtöpfe PI1 bis PI3 sind diejenigen, die unter jedem Pixel während der Integrationsperiode TI bestehen, also der Periode, während der die lichtempfindlichen Elementoberflächen Z1 bis Z3 beleuchtet sind. Bei dem erfindungsgmeäßen Bilddetektor werden die durch die Beleuchtung der lichtempfindlichen Elementzone Z1 bis Z3 jedes Pixels PX1 bis PX3 erzeugten Ladungen bis zum Ende der Integrationsperiode TI in eben diesem Pixel gespeichert, da der Potentialtopf, in dem die Ladungen gespeichert werden, eine größere Abmessung aufweist als die lichtempfindliche Elementzone Z1 bis Z3, die diese Ladungen erzeugt hat. Nach der Integrationsperiode TI wird eine erste bzw. zweite und dritte Ladungsmenge Q1, Q2, Q3 in dem ersten bzw. zweiten und dritten Potentialtopf PI1, PI2, PI3 gespeichert; dabei sind diese Ladungen zur Übertragung in der durch den mit ST bezeichneten Pfeil gezeigten Übertragungsrichtung bestimmt.The storage potential wells PI1 to PI3 shown in Fig. 3a are those that exist under each pixel during the integration period TI, i.e. the period during which the photosensitive element surfaces Z1 to Z3 are illuminated. In the image detector according to the invention, the charges generated by the illumination of the photosensitive element zone Z1 to Z3 of each pixel PX1 to PX3 are stored in this pixel until the end of the integration period TI, since the potential well in which the charges are stored has a larger dimension than the photosensitive element zone Z1 to Z3 that generated these charges. After the integration period TI, a first or second and third charge quantity Q1, Q2, Q3 is stored in the first or second and third potential well PI1, PI2, PI3; These charges are intended for transmission in the direction shown by the arrow marked ST.

Es ist zu bemerken, daß die Ladungsmengen Q1 bis Q3 während der Übertragung jeweils in so viele Teile oder Pakete aufgeteilt werden, wie Stufen ET1, ET2 vorhanden sind, um ein Pixel zu bilden, unabhängig von der auf jede Stufe angelegten Zahl der Phasen. So wird beispielsweise bei dem in Fig. 3 dargestellten Fall, wo jedes Pixel PX1 bis PX3 aus zwei Stufen ET1, ET2 gebildet ist, jede Ladungsmenge Q1, Q2 und Q3 in zwei Teile A, B unterteilt, wie dies in Fig. 3b dargestellt ist; dies sobald die Übertragungssignale ST1 bis ST4 an die Elektroden E1 bis E4 angelegt werden.It should be noted that the charge quantities Q1 to Q3 are each divided during transfer into as many parts or packets as there are stages ET1, ET2 to form a pixel, regardless of the number of phases applied to each stage. For example, in the case shown in Fig. 3, where each pixel PX1 to PX3 is formed from two stages ET1, ET2, each charge quantity Q1, Q2 and Q3 is divided into two parts A, B, as shown in Fig. 3b, as soon as the transfer signals ST1 to ST4 are applied to the electrodes E1 to E4.

Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm, das die Phasenbeziehung zwischen den Übertragungssignalen ST1 bis ST4 zeigt, die an die Elektroden E1 bis E4 von Fig. 3 angelegt werden.Fig. 4 is a timing chart showing the phase relationship between the transmission signals ST1 to ST4 applied to the electrodes E1 to E4 of Fig. 3.

Die Zeilen a, b, c und d von Fig. 4 zeigen die Übertragungssignale ST1 bzw. ST2, ST3, ST4.Lines a, b, c and d of Fig. 4 show the transmission signals ST1 and ST2, ST3, ST4 respectively.

Ein Zeitpunkt t0 entspricht dem Beginn der Integrationsperiode TI. Während der gesamten Dauer der Integrationsperiode TI befinden sich alle Übertragungssignale ST1 bis ST4 im niedrigen Zustand oder im Zustand 0, der im Falle eines Betriebs im MPP- Modus einer negativen Spannung in der Größenordnung von weniger als 10 Volt bezüglich einer Bezugsspannung VR entspricht; dabei ist die Bezugsspannung VR die Spannung des Substrats 11. Im Rahmen eines Betriebs im MPP-Modus wird es damit möglich, die Polarität des in Fig. 3 gezeigten vergrabenen Kanals 12 umzukehren.A time t0 corresponds to the beginning of the integration period TI. During the entire duration of the integration period TI, all the transmission signals ST1 to ST4 are in the low state or in the 0 state, which in the case of operation in MPP mode corresponds to a negative voltage of the order of less than 10 volts with respect to a reference voltage VR; the reference voltage VR is the voltage of the substrate 11. During operation in MPP mode, it is thus possible to reverse the polarity of the buried channel 12 shown in Fig. 3.

Ein Zeitpunkt t1 entspricht dem Ende der Integrationsperiode TI und dem Beginn einer Phase der Übertragung von Ladungsmengen Q1, Q2, Q3 zur Evakuierung dieser Ladungen außerhalb der lichtempfindlichen Zone. Zum Zeitpunkt t1 befinden sich das erste und das zweite Übertragungssignal ST1, ST2 im Zustand 0, während das dritte und vierte Übertragungsignal ST3, ST4 in den Zustand 1 übergegangen sind, der bei dem beschriebenen, nicht einschränkenden Beispiel im wesentlichen einem Potential von 8 positiven Volt bezüglich der Bezugsspannung VR entspricht.A time t1 corresponds to the end of the integration period TI and the beginning of a phase of transfer of quantities of charge Q1, Q2, Q3 for evacuating these charges outside the photosensitive zone. At time t1, the first and second transfer signals ST1, ST2 are in state 0, while the third and fourth transfer signals ST3, ST4 have passed into state 1, which, in the non-limiting example described, corresponds essentially to a potential of 8 positive volts with respect to the reference voltage VR.

Zum Zeitpunkt t2 geht das erste Übertragungssignal ST1 in den Zustand 1 über, der einem Potential in der Größenordnung von 8 Volt bezüglich der Bezugsspannung VR entspricht; das zweite Übertragungssignal ST2 befindet sich im Zustand 0, das dritte und vierte Übertragungssignal ST3, ST4 befinden sich im Zustand 1.At time t2, the first transmission signal ST1 goes into state 1, which corresponds to a potential of the order of 8 volts with respect to the reference voltage VR; the second transmission signal ST2 is in state 0, the third and fourth transmission signals ST3, ST4 are in state 1.

Zum Zeitpunkt t3 befindet sich das erste Übertragungssignal ST1 im Zustand 1; das zweite Übertragungssignal ST2 befindet sich im Zustand 0; das dritte Übertragungssignal ST3 geht vom Zustand 1 in den Zustand 0 über; das vierte Übertragungssignal ST4 befindet sich im Zustand 1.At time t3, the first transmission signal ST1 is in state 1; the second transmission signal ST2 is in state 0; the third transmission signal ST3 is from State 1 to state 0; the fourth transmission signal ST4 is in state 1.

Zum Zeitpunkt t4 befindet sich das erste Übertragungssignal ST1 im Zustand 1; das zweite Übertragungssignal ST2 geht vom Zustand 0 in den Zustand 1 über; das dritte Übertragungssignal befindet sich im Zustand 0; das vierte Übertragungssignal befindet sich im Zustand 1.At time t4, the first transmission signal ST1 is in state 1; the second transmission signal ST2 transitions from state 0 to state 1; the third transmission signal is in state 0; the fourth transmission signal is in state 1.

Zum Zeitpunkt t5 befinden sich das erste und zweite Übertragungssignal ST1, ST2 im Zustand 1; das dritte Übertragungssignal ST3 befindet sich im Zustand 0; das vierte Übertragungssignal ST4 geht vom Zustand 1 in den Zustand 0 über.At time t5, the first and second transmission signals ST1, ST2 are in state 1; the third transmission signal ST3 is in state 0; the fourth transmission signal ST4 transitions from state 1 to state 0.

Zum Zeitpunkt t6 befinden sich das erste und zweite Übertragungssignal ST1, ST2 im Zustand 1; das dritte Übertragungssignal ST3 geht vom Zustand 0 in den Zustand 1 über; das vierte Übertragungssignal ST4 befindet sich im Zustand 0.At time t6, the first and second transmission signals ST1, ST2 are in state 1; the third transmission signal ST3 transitions from state 0 to state 1; the fourth transmission signal ST4 is in state 0.

Zum Zeitpunkt t7 geht das erste Übertragungssignal ST1 vom Zustand 1 in den Zustand 0 über; das zweite und dritte Übertragungssignal ST2, ST3 befinden sich im Zustand 1; das vierte Übertragungssignal ST4 befindet sich im Zustand 0.At time t7, the first transmission signal ST1 changes from state 1 to state 0; the second and third transmission signals ST2, ST3 are in state 1; the fourth transmission signal ST4 is in state 0.

Zum Zeitpunkt t8 befindet sich das erste Übertragungssignal ST1 im Zustand 0; das zweite und dritte Übertragungssignal ST2, ST3 befinden sich im Zustand 1; das vierte Übertragungssignal ST4 geht in den Zustand 1 über.At time t8, the first transmission signal ST1 is in state 0; the second and third transmission signals ST2, ST3 are in state 1; the fourth transmission signal ST4 changes to state 1.

Zum Zeitpunkt t9 befindet sich das erste Übertragungssignal ST1 im Zustand 0; das zweite Übertragungssignal ST2 geht vom Zustand 1 in den Zustand 0 über; das dritte und vierte Übertragungssignal ST3, ST4 befinden sich im Zustand 1.At time t9, the first transmission signal ST1 is in state 0; the second transmission signal ST2 changes from state 1 to state 0; the third and fourth transmission signals ST3, ST4 are in state 1.

Zum Zeitpunkt t10 geht das erste Übertragungssignal ST1 vom Zustand 0 in den Zustand 1 über; das zweite Übertragungssignal ST2 befindet sich im Zustand 0; das dritte Übertragungssignal ST3 befindet sich im Zustand 1; das vierte Übertragungssignal ST4 befindet sich im Zustand 1.At time t10, the first transmission signal ST1 changes from state 0 to state 1; the second transmission signal ST2 is in state 0; the third transmission signal ST3 is in state 1; the fourth transmission signal ST4 is in state 1.

Dies zeigt einen vollständign Zyklus des ersten Übertragungssignals, dessen Zykluszeit TC beispielsweise zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t10 liegt; dabei sind die vier Übertragungssignale Rechtecksignale mit zyklischer Spannung bei gleicher Zykluszeit.This shows a complete cycle of the first transmission signal, whose cycle time TC lies, for example, between time t2 and time t10; the four transmission signals are square-wave signals with cyclic voltage at the same cycle time.

Unter erneutem Bezug auf Fig. 3, 3a, 3b, 3c werden durch das Anlegen der Übertragungssignale ST1, ST2, ST3, ST4 an die Elektroden E1, E2, E3, E4 diejenigen Potentialtöpfe modifiziert, die unter diesen verschiedenen Elektroden während der Integrationsperiode TI vorhanden waren. Ab dem Zeitpunkt t1, zu dem diese Übertragungssignale an die Elektroden angelegt werden, weist nämlich jedes Pixel PX1 bis PX3 zwei Potentialtöpfe PIA, PIB (in Fig. 3b gezeigt) auf, die jeweils eine Ladungsmenge QA bzw. QB aufweisen, deren Summe die Ladungsmenge Q1 bis Q3 bildet, die bis zum Ende der Integrationsperiode TI in einem einzigen Speicherpotentialtopf PI1, PI2, PI3 (in Fig. 3a gezeigt) gespeichert war; bei dem Beispiel von Fig. 3b sind die Potentialtöpfe PIA, PIB für jedes Pixel unter der dritten und vierten Elektrode jeder Stufe ET1, ET2 gebildet.Referring again to Fig. 3, 3a, 3b, 3c, the application of the transfer signals ST1, ST2, ST3, ST4 to the electrodes E1, E2, E3, E4 modifies the potential wells that were present under these different electrodes during the integration period TI. Indeed, from the time t1 at which these transfer signals are applied to the electrodes, each pixel PX1 to PX3 has two potential wells PIA, PIB (shown in Fig. 3b) each having a quantity of charge QA and QB, respectively, the sum of which forms the quantity of charge Q1 to Q3 that was stored in a single storage potential well PI1, PI2, PI3 (shown in Fig. 3a) until the end of the integration period TI; In the example of Fig. 3b, the potential wells PIA, PIB are formed for each pixel under the third and fourth electrode of each stage ET1, ET2.

Fig. 3c veranschaulicht die Profile von Potentialen, die zum Zeitpunkt t3 erhalten werden, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Bezüglich des Zeitpunkts t1 befindet sich das erste Übertragungssignal im Zustand 1, während das dritte Übertragungsignal ST3 in den Zustand 0 übergegangen ist: daraus ergibt sich, daß sich die Potentialtöpfe PIA, PIB in der Übertragungsrichtung ST verschoben haben und sich unter der vierten und ersten Elektrode jeder Stufe ET1, ET2 befinden.Fig. 3c illustrates the profiles of potentials obtained at the time t3 as shown in Fig. 4. With respect to the time t1, the first transmission signal is in state 1, while the third transmission signal ST3 has passed to state 0: it follows that the potential wells PIA, PIB have shifted in the transmission direction ST and are located under the fourth and first electrode of each stage ET1, ET2.

Jede Modifizierung der Phase der Übertragungssignale ST1 bis ST4 zieht demnach eine Verschiebung der Ladungen QA, QB in der Übertragungsrichtung derart nach sich, wie dies an sich herkömmlich ist.Any modification of the phase of the transmission signals ST1 to ST4 therefore results in a shift of the charges QA, QB in the transmission direction, as is conventional.

Selbstverständlich muß es die Übertragung dieser Ladungen in ein Leseregister ermöglichen, die gesamte Ladungsmenge Q1, Q2, Q3 wiederzufinden, die nach anfänglicher Speicherung in einem Pixel in dem gleichen Potentialtopf möglicherweise in ebenso viele Pakete QA, QB getrennt wurde, wie Stufen ET1, ET2 vorhanden sind, um ein Pixel zu bilden. Bei der Übertragung der Ladungen QA, QB, die anfänglich z.B. in dem ersten Pixel PX1 enthalten waren, in ein (nicht dargestelltes) Leseregister behält die Stufe des Leseregisters, die als erste die Ladung QA erhalten hat, beispielsweie die gleiche Position, damit folgende Übertragungsimpulse die Ladung QB in die gleiche Stufe übertragen und die Summe QA + QB realisieren, um die Anfangsladung Q1 zu erhalten.Of course, the transfer of these charges into a read register must make it possible to recover the entire quantity of charge Q1, Q2, Q3 which, after initial storage in a pixel, has been separated into the same potential well, possibly into as many packets QA, QB as there are stages ET1, ET2 to form a pixel. When the charges QA, QB initially contained in the first pixel PX1, for example, are transferred into a read register (not shown), the stage of the read register which first received the charge QA, for example, maintains the same position so that subsequent transfer pulses transfer the charge QB to the same stage and produce the sum QA + QB to obtain the initial charge Q1.

Diese Notwendigkeit, eine Kumulierung von Ladungspaketen in Abhängigkeit von der Zahl der Stufen durchzuführen, die ein Pixel enthält, stellt eine zusätzliche Komplizierung dar, die gegenüber der beträchtlichen Erhöhung der erhaltenen Ladungsspeicherkapazität zu vernachlässigen ist.This need to perform an accumulation of charge packets depending on the number of levels contained in a pixel represents an additional complication which is negligible compared to the considerable increase in the charge storage capacity obtained.

Claims (4)

1. Lichtempfindliche Vorrichtung mit Ladungsübertragung, die folgendes aufweist:1. A charge transfer photosensitive device, comprising: - eine Vielzahl von lichtempfindlichen Punkten oder Pixeln (PX1, PX2, PX3), die in Zeilen (L1, L2, L3, L4) und Spalten (C1, C2, C3, C4) angeordnet sind,- a plurality of light-sensitive points or pixels (PX1, PX2, PX3) arranged in rows (L1, L2, L3, L4) and columns (C1, C2, C3, C4), - einen Speicher (M) mit Ladungsübertragung sowie- a storage device (M) with charge transfer and - ein Leseregister (RL) mit Ladungsübertragung,- a read register (RL) with charge transfer, wobei jedes Pixel mehrere Elektroden (E1, E2, E3, E4) aufweist, die längs einer Übertragungsrichtung (ST) der Ladungen in Richtung der Spalten so aufeinanderfolgen, daß eine Aufeinanderfolge von Übertragungsstufen (ET1, ET2) gebildet ist,wherein each pixel has several electrodes (E1, E2, E3, E4) which follow one another along a transfer direction (ST) of the charges in the direction of the columns so that a sequence of transfer stages (ET1, ET2) is formed , wobei ein Teil der Elektroden jedes Pixels eine lichtempfindliche Elementzone bildet, unter der ein Speicherpotentialtopf (PI1, PI2, PI3) gebildet ist, der zum Speichern der Ladungen bestimmt ist, die dadurch erzeugt werden, daß die Iichtempfindliche Elementzone einer Nutzstrahlung während einer Integrationsperiode ausgesetzt sind,wherein a part of the electrodes of each pixel forms a photosensitive element zone, under which a storage potential well (PI1, PI2, PI3) is formed, which is intended to store the charges generated by exposing the photosensitive element zone to a useful radiation during an integration period, wobei die Oberfläche des Speicherpotentialtopfes größer als die Oberfläche der lichtempfindlichen Elementzone ist,where the surface of the storage potential well is larger than the surface of the photosensitive element zone, wobei die Elektroden jedes Pixels wenigstens zwei Übertragungsstufen bilden, unter denen der Speicherpotentialtopf gebildet ist,wherein the electrodes of each pixel form at least two transfer stages under which the storage potential well is formed, wobei die Speicherpotentialtöpfe (PI1 bis PI3) in der Übertragungsrichtung (ST) unabhängig von der Anzahl von Übertragungsstufen (ET1, ET2), die das Pixel (PX1 bis PX3) aufweist, nur zwischen zwei Potentialbarrieren abgegrenzt sind.whereby the storage potential wells (PI1 to PI3) in the transmission direction (ST) are only delimited between two potential barriers, regardless of the number of transmission stages (ET1, ET2) that the pixel (PX1 to PX3) has. 2. Lichtempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Übertragung der Ladungen mit Hilfe eines vergrabenen Kanals (12) gewährleistet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Speicherpotentialtopf (PI1 bis PI3) zwischen zwei Potentialbarrieren abgegrenzt ist, die durch einen Unterschied in der Dotierung (N-) in dem vergrabenen Kanal (12) erhalten sind.2. Photosensitive device according to claim 1, in which the transfer of the charges is ensured by means of a buried channel (12), characterized in that each storage potential well (PI1 to PI3) is delimited between two potential barriers obtained by a difference in the doping (N-) in the buried channel (12). 3. Lichtempfindliche Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie von dem Typ mit vergrabenem Kanal (12) ist und nach einer Betriebsart arbeitet, die "MMP-Modus"genannt ist und bei der die Polarität des vergrabenen Kanals (12) während der Bestrahlung durch die Nutzstrahlung umgekehrt wird.3. Photosensitive device according to one of the preceding claims, characterized in that it is of the buried channel (12) type and operates in a mode called "MMP mode" in which the polarity of the buried channel (12) is reversed during irradiation by the useful radiation. 4. Lichtempfindliche Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen gegenüber der Nutzstrahlung undurchlässigen Schirm (20) aufweist, wobei der Schirm (20) zwischen die Nutzstrahlung und wenigstens ein Pixel (PX1 bis PX3) gesetzt ist, wobei der Schirm (20) wenigstens eine Öffnung (21) aufweist, deren Oberfläche die Oberfläche der lichtempfindlichen Elementzone (Z1 bis Z3) des Pixels begrenzt.4. Photosensitive device according to one of the preceding claims, characterized in that it has a screen (20) that is opaque to the useful radiation, the screen (20) being placed between the useful radiation and at least one pixel (PX1 to PX3), the screen (20) having at least one opening (21) whose surface delimits the surface of the photosensitive element zone (Z1 to Z3) of the pixel.
DE69014276T 1989-10-20 1990-10-16 Image detector with a large storage capacity per pixel. Expired - Fee Related DE69014276T2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8913748A FR2653627B1 (en) 1989-10-20 1989-10-20 IMAGE DETECTORS WITH HIGH PIXEL STORAGE CAPACITY.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69014276D1 DE69014276D1 (en) 1995-01-05
DE69014276T2 true DE69014276T2 (en) 1995-04-06

Family

ID=9386604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69014276T Expired - Fee Related DE69014276T2 (en) 1989-10-20 1990-10-16 Image detector with a large storage capacity per pixel.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5055931A (en)
EP (1) EP0424241B1 (en)
DE (1) DE69014276T2 (en)
FR (1) FR2653627B1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2676155B1 (en) * 1991-05-03 1993-07-16 Thomson Composants Militaires PHOTOSENSITIVE DEVICE WITH JUXTAPOSED READERS.
US5867215A (en) * 1995-04-11 1999-02-02 Eastman Kodak Company Image sensor having multiple storage wells per pixel
FR2771217B1 (en) * 1997-11-14 2000-02-04 Thomson Csf SEMICONDUCTOR DEVICE WITH CHARGE TRANSFER
US9524994B2 (en) 2015-04-14 2016-12-20 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensor pixels with multiple compartments

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5846189B2 (en) * 1980-03-19 1983-10-14 株式会社東芝 Manufacturing method of solid-state imaging device
JPS56136086A (en) * 1980-03-27 1981-10-23 Fujitsu Ltd Two-dimensional image pickup device
DE3224026A1 (en) * 1982-06-28 1983-12-29 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München DEVICE FOR READING A TWO-DIMENSIONAL CHARGE IMAGE BY MEANS OF AN ARRAY
WO1987003388A1 (en) * 1985-11-26 1987-06-04 Jabali Pty Ltd., Photo-electric imaging device
JPH0710097B2 (en) * 1987-10-09 1995-02-01 富士通株式会社 Image sensor
JPS6449381A (en) * 1987-08-20 1989-02-23 Fuji Photo Film Co Ltd Solid-state image pickup device
US4987494A (en) * 1989-12-07 1991-01-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army System for parallel transfer between CCD arrays

Also Published As

Publication number Publication date
DE69014276D1 (en) 1995-01-05
FR2653627A1 (en) 1991-04-26
EP0424241B1 (en) 1994-11-23
FR2653627B1 (en) 1996-11-15
EP0424241A1 (en) 1991-04-24
US5055931A (en) 1991-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69020833T2 (en) Charge-coupled imaging device with charge transfer parts horizontal in one imaging part.
DE2551795C2 (en) Charge transfer device for use in an image pickup device
DE2533404C3 (en) Method and device for interleaving two successive partial images of a charge pattern
DE2604449C3 (en) Analog-to-digital converter
DE3446374C2 (en)
DE3416058C2 (en)
DE69111343T2 (en) Image detector with large format pixels.
DE2652709A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR REDUCING BLURRING IN CHARGE-COUPLED IMAGE CONVERTER ELEMENTS
DE4409835A1 (en) Solid-state image sensor and driver process therefor
DE2107022C3 (en)
DE2533405A1 (en) METHOD OF NESTED READING OF AN ARRANGEMENT OF CHARGE-COUPLED STAGES
DE2759086A1 (en) PHOTODETECTOR ARRANGEMENT
DE3902832A1 (en) CIRCUIT ARRANGEMENT FOR OPERATING AN IMAGE PLAYBACK MATRIX
DE69017172T2 (en) Image acquisition device with integrated deflection circuits.
DE2200455C3 (en) Charge-coupled semiconductor circuit
DE69732099T2 (en) LOAD-COUPLED IMAGE RECORDING DEVICE AND METHOD FOR ACTUATING SUCH AN ARRANGEMENT
DE2248423C3 (en) Charge transfer system
DE2734409C3 (en) Image recording device in CCD design
DE3529025C2 (en)
DE69119624T2 (en) Solid state image scanner
DE69014276T2 (en) Image detector with a large storage capacity per pixel.
DE3407038C2 (en) Semiconductor photodetector and method for its operation
DE3335681A1 (en) IMAGE RECORDING DEVICE WITH A CCD IMAGE DIALER
DE2753570A1 (en) CHARGE-COUPLED STORAGE DEVICE AND PROCEDURE FOR ITS OPERATION
DE3220667C2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee